コンデンサ と コイル
工学部 機械知能工学科 機械知能工学科
熊 谷 正 朗
MB-06/Rev 15-1.0
メカトロニクス基礎
RDE
第０６回
東北学院大学工学部
今回の到達目標
○ コンデンサとコイルの特性を知る
◇コンデンサの特性を、定性的／式で説明できる
・ 電荷を貯める特性 （積分）
・ 周波数に対する特性
◇コイルの特性を、定性的／式で説明できる
・ 電流の時間変化への反応 (微分)
・ 電流を維持する性質
◇コイルの重要さと危険性を説明できる
・ 電磁アクチュエータの特性としてのコイル
コンデンサ
○電気を貯める部品
◇部品としてのコンデンサ
スーパー キャパシタ 470F 2.3V 蓄電・大電力 チップコンデンサ セラミック
コンデンサ
2.2uF 10V 15000p 50V?
マイラー
フィルムコンデンサ 0.33u 50V
電解
コンデンサ 10u 35V 220u 50V 1000u 35V 2200u 63V
コンデンサ
○電気を貯める部品
◇部品としてのコンデンサ
コンデンサ
○電気を貯める部品
◇コンピュータ基板上のコンデンサ
C??: コンデンサ
Raspberry Pi
コイル
○電磁アクチュエータの基礎
◇コイルと電磁石、モータ
トロイダルコイル 100uH 9A
リレー
（電磁石＋スイッチ)
ソレノイド (電磁石)
直流 モータ
コンデンサ
○概要
◇部品としての特徴 [C]:クーロン
・ 特性値：容量[C]、耐電圧、精度 (ESR)
・ 電流を流し込む：充電 出す：放電
・ 狭い間隔で平行にした導体で構成
例)金属(アルミ)箔、フィルムに金属蒸着
・ 導体間に何かを挟むことで容量を上げる
・ 無極性 と 有極性(±, 電解型)
・ 英語ではCapacitor(キャパシタ)
コンデンサ
○概要
◇部品としての用途
・ 電源の安定化 （パスコン←バイパスコンデンサ） 回路で急に電流が必要になっていたときに 放電することで電圧の低下を防ぐ。
現存するコンデンサの大多数の役割。
・ 周波数によって信号の通し具合を変える。
フィルタ回路など → 総合＆実験I
コンデンサ
○電荷を貯める
◇特性式
・ 電荷 q(t)＝ i(t)dt q[C]
・ q(t)＝Ce(t), e(t)＝(1/C)q(t)＝(1/C) i(t)dt Ｃ[F]： (静電)容量
e(t): 電圧 i(t): 電流 ※共に時間変化
◇解釈
・ 両端の電圧は電流の時間積分に比例する
・ 電荷は電圧と容量に比例する
※[C]：クーロン [F]ファラッド i(t)
C e(t)
q(t)
容量
↑電圧
←耐圧 電荷
コイル
○概要
◇部品としての特徴 [H]:ヘンリー
・ 特性値：インダクタンス[H] (許容電流)
・ 線を巻いたものはコイルになる。
・ 中に何か入れるとインダクタンスを増やせる。
入れたもの：コア 鋼板、フェライトなど 中が空：空心コイル
・ 電磁石、モータはすべてコイルと考える
コイル
○概要
◇部品としての用途
・ 電磁アクチュエータ
※コイルとして使うわけではない
・ 電源回路：電流の平滑化
・ トランス (交流電圧の上下)
・ 高電圧の発生 (自動車の点火、電源回路)
・ 電源からのノイズ除去
・ 信号線のノイズ低減
信号線の ノイズ対策
コイル
○電流の変化に応じた電圧
◇特性式
di(t) di(t) 1
・ e(t) ＝ L ＝ ー e(t) dt dt L
L[H]: (自己)インダクタンス
e(t): 電圧 i(t): 電流 ※共に時間変化
◇解釈
・ 両端の電圧は電流の時間変化に比例する
・ 電流の変化は かけた電圧に比例する i(t)
e(t) L
はずみ車付水車
コイル
○コイルの性質と危険性
◇特性式
di(t) di(t) 1
・ e(t) ＝ L ＝ ー e(t) dt dt L
◇e(t)＝０ → 電流変化しない：流れ続ける
◇直流電圧源Eを接続→E/Lで電流が増加する
◇電流が流れているコイルをスイッチオフ
→電流が急にゼロになる
→di/dtがマイナスに大→両端に高電圧発生
参考：水撃ポンプ 流れを遮断→上がる
コンデンサ・コイルの周波数特性
○正弦波交流電流を流す
◇電流： i(t)＝i0 sin(2πft) ｆ：周波数 (周期/秒)
◇抵抗： e(t)＝R i0 sin(2πft)
→ 電圧振幅(R i0)÷電流振幅(i0)＝R(抵抗)
◇ e(t)＝(1/C)(1/2πf) i0 (－cos(2πft))
→ 電圧(i0/2πfC)÷(i0)＝1/2πfC
抵抗っぽい値：1/2πfC (fに反比例)
◇ e(t)＝L 2πf i0 cos(2πft)
コンデンサ・コイルの周波数特性
○正弦波交流電流を流す
◇交流電流に対する特徴
・ 抵抗：周波数に依存しない
・ コンデンサ：
抵抗っぽい値が周波数に反比例
→周波数が高いほど流れやすい・直流×
→周波数に依存した回路を作れる
・ コイル：
周波数に比例、周波数が低いほど流れる
コンデンサ・コイルの計算
○合成など
◇平均するとコンデンサもコイルも消費ゼロ[W]
・ 充電→電力を吸う 放電→電力を吐く
◇コンデンサ合成 ※抵抗と反対
・ 直列 1/C＝1/C1＋1/C2
・ 並列 C＝C1＋C2
◇コイル合成 ※抵抗と同じ
・ 直列 L＝L1＋L2
